使用Canvas绘制完美的不完美圆形

真实世界是不完美的，当我们需要模拟真实世界时，经常需要引入不完美/不规则的形状。比如陨石、雨滴、行星、树叶、绵延的海岸线、云朵等。本文介绍如何基于Canvas生成随机大小的不完美圆形。

首先我们要了解，在几何学上圆形可以通过增加等边对称多边形边数来无限逼近。

那么所谓不完美圆形，实际可以通过一个不等边不对称的多边形来实现。

要实现不等边不对称，一个简单的方法是使多边形各个顶点距离中心点的距离（即半径）为一个随机值就好。

为避免半径落差过大，我们可以给其设定一个最大和最小值，然后在这个区间进行随机，代码如下：

function drawCircle(centerX, centerY, minRad, maxRad) {
  var points = 512; //多边形边的总数目
  var rad, theta;
  var twoPi = 2 * Math.PI;
  var x0, y0;

  context.strokeStyle = "#aa6699";
  context.lineWidth = 1.01;
  context.fillStyle = "#6633aa";
  context.beginPath();
  theta = 0;
  x0 = centerX + rad * Math.cos(theta);
  y0 = centerY + rad * Math.sin(theta);
  context.lineTo(x0, y0);
  for (var i = 0; i < points; i++) {
      theta += twoPi / points;
      rad = minRad + Math.random() * (maxRad - minRad); //随机半径
      x0 = centerX + rad * Math.cos(theta);
      y0 = centerY + rad * Math.sin(theta);
      context.lineTo(x0, y0);
  }
  context.stroke();
  context.fill();
}

上面的代码实现效果如下：

上面这样的图形可以用来模拟松果、毛线球、刺猬等物体。

但如果想模拟海岸线、雨滴、云朵等线条比较柔和的物体，则显然不能满足要求。

我们需要边沿有一个平滑的过渡，而分形算法刚好可以用来完成这个任务。

我们假设半径的长度为1，我们来对这个区间进行细分，第1步在线段中间添加一个节点把区间分成2段，随机一个y坐标，第2步在左右半区间内重复类似操作，如此反复，直到达到预先设定的细分粒度。

为了避免线条的起伏过大，我们在给新增中间节点设定y坐标时，使其和所在细分线段的长度正相关，这样随着细分粒度的提高，局部区域的波动就越小，就形成了一个平滑过渡的效果，代码如下：

function setLinePoints(iterations) {
    var pointList = {};
    pointList.first = {
        x: 0,
        y: 1
    };
    var lastPoint = {
        x: 1,
        y: 1
    }
    var minY = 1;
    var maxY = 1;
    var point;
    var nextPoint;
    var dx, newX, newY;

    pointList.first.next = lastPoint;
    for (var i = 0; i < iterations; i++) {
        point = pointList.first;
        while (point.next != null) {
            nextPoint = point.next;

            dx = nextPoint.x - point.x;
            newX = 0.5 * (point.x + nextPoint.x);
            newY = 0.5 * (point.y + nextPoint.y);
            newY += dx * (Math.random() * 2 - 1);

            var newPoint = {
                x: newX,
                y: newY
            };

            //min, max
            if (newY < minY) {
                minY = newY;
            } else if (newY > maxY) {
                maxY = newY;
            }

            //put between points
            newPoint.next = nextPoint;
            point.next = newPoint;

            point = nextPoint;
        }
    }

    var normalizeRate = 1 / (maxY - minY);
    point = pointList.first;
    while (point != null) {
        point.y = normalizeRate * (point.y - minY);
        point = point.next;
    }

    return pointList;
}

function drawCircle(centerX, centerY, minRad, maxRad, phase) {
    var point;
    var rad, theta;
    var twoPi = 2 * Math.PI;
    var x0, y0;

    //生成分形细分顶点链表，用来获取随机半径, 9次迭代将返回512个顶点。
    var pointList = setLinePoints(9);
    context.strokeStyle = "#aa6699";
    context.lineWidth = 1.01;
    context.fillStyle = "#6633aa";
    context.beginPath();
    point = pointList.first;
    theta = phase;
    rad = minRad + point.y * (maxRad - minRad);
    x0 = centerX + rad * Math.cos(theta);
    y0 = centerY + rad * Math.sin(theta);
    context.lineTo(x0, y0);
    while (point.next != null) {
        point = point.next;
        theta = twoPi * point.x + phase;
        rad = minRad + point.y * (maxRad - minRad);
        x0 = centerX + rad * Math.cos(theta);
        y0 = centerY + rad * Math.sin(theta);
        context.lineTo(x0, y0);
    }
    context.stroke();
    context.fill();
}

上面的代码实现效果如下：

很好，我们获得了一个完美的不完美圆形！

你可以自己在线试试。